JPH0261434B2 - - Google Patents

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JPH0261434B2
JPH0261434B2 JP58028654A JP2865483A JPH0261434B2 JP H0261434 B2 JPH0261434 B2 JP H0261434B2 JP 58028654 A JP58028654 A JP 58028654A JP 2865483 A JP2865483 A JP 2865483A JP H0261434 B2 JPH0261434 B2 JP H0261434B2
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dielectric
5pbo
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transition metal
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Haintsu Heetoru Kaaru
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Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
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Publication of JPH0261434B2 publication Critical patent/JPH0261434B2/ja
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/46Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
    • C04B35/462Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates
    • C04B35/472Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on lead titanates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002Details
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    • H01G4/06Solid dielectrics
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    • H01G4/1209Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material
    • H01G4/1254Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material based on niobium or tungsteen, tantalum oxides or niobates, tantalates
    • H01G4/1263Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material based on niobium or tungsteen, tantalum oxides or niobates, tantalates containing also zirconium oxides or zirconates

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明はチタン酸鉛のチタンの少くとも50モル
%をマグネシウムおよびタングステンで置換し、
該マグネシウムの一部を更に遷移金属で置換した
チタン酸鉛に基づく誘電体および上記誘電体の製
造に関する。 上記種類の誘電体はコンデンサ、とくに多層コ
ンデンサの製造上重要である。 モノリシツクセラミツク多層コンデンサは小容
積で高い信頼性をもつて著しく大きい静電容量を
もちうる。出発セラミツク材料は結合剤で処理さ
れて薄い箔がつくらられる。次にこのようなセラ
ミツク箔上に金属ペーストが付着されて電極が形
成され続いて箔はセラミツク層と金属の層が交互
になるように積み重ねられる。 このようにしてつくられた誘電体と電極の層の
連続物は一つの組立体として焼結されるので、金
属層が融けたり酸化したりしないように電極材料
および焼結条件を選ぶ必要がある。 多層コンデンサにおいてセラミツク材料が空気
中1300℃以上の温度で緻密に焼結される多層コン
デンサを製造することは知られている。このよう
な焼結温度では非常に高い融点をもつ貴金属例え
ばパラジウムまたは白金、だけが電極用金属とし
て使用できる。 貴金属は極めて高価であり、又一部は豊富に入
手できず、さらにまたその価格の点でセラミツク
材料と何らの関係もないので(多層コンデンサ製
造ではすでに高度の機械化が達成されている結果
貴金属からの電極のための材料費が特に重要であ
る)、パラジウムまたは白金の高価な電極なしで
済ませ、それらの代りに銀の電極を用いることを
可能にするため有用な誘電値をもつセラミツク材
料を徹底的に低くした焼結温度で製造する種々の
試みがなされてきた。PbTiO3−Pe(Mg1/2W1/2
O3系に基づくセラミツク誘電体が米国特許第
4063341号明細書から知られ、それは950〜1000℃
の温度で焼結でき、又誘電損率tanδ0.85〜4.2%
に対して誘電率ε>1000値をもち有用な値を示
す。米国特許第4063341号明細書記載のセラミツ
ク材料から多層コンデンサの製造のためには銀が
電極金属として用いられるべきである。このセラ
ミツク材料では銀電極を使用して多層コンデンサ
を再現性のある品質で製造できないことを確かめ
た。何故なら上記セラミツク材料の焼結温度が銀
の融点に近すぎるからである。しかしながら電気
的性質に基づいて銀は電極金属として優秀な適合
性があり、可能ならば支持すべきである。 本発明の目的は、上述の類のセラミツク材料の
焼結温度を銀の融点よりかなり下になるように低
下させ、電気的特性、とくに誘電率εおよび誘電
損率tanδ、又抵抗率および寿命試験後のそれから
の変化を既知のセラミツク材料に対して一層改善
することにある。 この目的は次の組成: Pb(Ti1-x-yMgxWy)O3 ここで0.25≦x≦0.35 および0.25≦y≦0.35 を有する化学量論の基礎的化合物に、添加剤のモ
ル基準で5PbO+1WO3の組合わせを0.001〜0.006
添加することにより達成される。 融点720℃の共晶(5PbO+1WO3)を添加した
結果、830〜1000℃、とくに830〜900℃の範囲の
焼結温度が使用でき、そのさいさらに改良された
誘電特性が達成できる。誘電率εの値は約1500〜
5400の間であり、1KHzにおける誘電損率tanδの
値は約1.6〜3.1%の間であり、抵抗率の値は25℃
で約2×1011〜1×1013Ωcmの間である。 本発明において、前記目的は、次式: Pb(Ti1-x-yMgx-zMezWy)O3 +0.001〜0.006(5PbO+1WO3) ここで0.288≦x≦0.299 y=0.3 0.001≦z≦0.012 およびMeは遷移金属 に相当する組成を有する誘電体によりいつそう有
利に達成される。 マグネシウムの0.1〜1.2モル%を少なくとも一
つの遷移金属Me例えばCr、Mn、FeまたはCoで
置換すると抵抗率値の重大な改良が有利な誘電特
性および低焼結温度のすでに得られた利点ととも
に得られる。 例えば、上記組成に基づくセラミツク材料は
2300〜6100の範囲の誘電率ε値、0.3〜3.1%の範
囲の1kHzにおける誘電損率tanδ値、25℃におけ
る8×1010〜2×1013Ωcmの範囲の抵抗率値を有
する。焼結温度は830〜1000℃、好ましくは830〜
900℃の範囲である。 化学量論の基礎的化合物を形成する化合物をそ
れぞれ混合し粉砕した後か焼工程を700〜750℃の
範囲、したがつて比較的低温で実施するように工
程を実施する場合、PbOの蒸発がかなりの範囲ま
で避けられるという利点が得られる。 本発明により得られる利点は、主として、電気
的特性によつて望ましい銀を純粋な形で電極用金
属として用いる場合でさえ、良好な多層コンデン
サが再現性よく得られるような低い焼結温度で最
適のセラミツク特性、電気的特性および誘電体特
性に到達するセラミツク誘電体を製造しうるとい
う点にある。 本発明による誘電体の他の利点は誘電率εが比
較的小さい温度依存性を示すということである。
周囲温度におけるε値からの偏差が−55℃乃至+
125℃の温度範囲にわたつてできれば±15%以下
であることが実際的目的に対して適当であるが、
若干それより大きい偏差も実際的目的に適してい
る。 本発明の誘電体のさらに利点をあげると: (5PbO+1WO3)−混合物の添加によつて焼結温
度を従来技術の組成に比較して100〜150℃だけ低
下させることができる。これは鉛の蒸発を減じ、
又例えば多層コンデンサに再現性のある良好な効
率で安価な銀電極の使用が可能になるのでセラミ
ツクコンデンサとくに多層コンデンサの製造に決
定的な利点である。 遷移金属イオン、例えばMn、Cr、Feおよび/
またはCoを混入することによつて低抗率値はと
くに125℃で増加する。この結果としてのみこれ
らの誘電体は用途に対して十分高い絶縁値に達す
る。 遷移金属イオン(とくにMnおよびCr)の混入
により寿命特性が著しく改善されるのでこの結果
この材料はセラミツクコンデンサおよびとくに多
層コンデンサ用誘電体として最適に使用できる。
Mnを混入する結果として誘電損率tanδ値はかな
り1%より下に減ずることができる。 次に本発明を図面を参照して実施例により詳細
に説明する。図面において: 第1図は本発明の誘電体に対する収縮挙動を示
す。 第2図は誘電体の寿命試験後の抵抗率ρの変化
を時間tの関数として、米国特許第4063341号明
細書の誘電体を本発明の種々の誘電体と比較して
示すグラフである。数字は表の組成に該当する。 焼結特性をより良く定義できるように膨張計炉
(dilatometer furnace)を用いて焼結温度におけ
る収縮挙動をすべての試料に対して検討した。第
1図に、収縮挙動を特徴例として次の組成: Pb(Ti0.4Mg0.294Mn0.006W0.3)O3 +0.003(5PbO+1WO3) の誘電体に対して示す。 一定昇温速度で、用いた膨張計炉は300分後に
1000℃に達し、この温度に200分間保ち昇温速度
と同速度で再び冷却する。 この温度変化Tと平行して種々のセラミツク試
料の収縮Δlを時間tの関数として測定する。 以下の表1〜8において、収縮開始温度
(TE;第1図による試料に対してTE=580℃)お
よび長さ方向の収縮が5%に達した温度
(T5%;第1図による試料に対しT5%=780℃)
を示す。5%の収縮はこの到達密度が未処理のセ
ラミツク材料の出発密度と理論的に可能な密度と
の間のほぼ中間であることを意味する。 第1図の曲線は試料が昇温サイクルにおいて
900℃ですでに高い最終の密度に到達し、1000℃
における等温相において最早顕著な収縮が起こら
ないことを示す。 そこで900℃の焼結温度が、次の組成: ここで0.288x0.299 y=0.3 0.001z0.012 およびMe=遷移金属 の本発明の誘電体に対して十分である。 以下の表1〜8においてさらに相対収縮値の和
ΣS=Δa/a+Δb/b+Δl/lを%でプロツト
する。なおおよびは試験試料のリブ
(rib)の長さである。 試料を特徴づけるためさらに25℃における誘電
率ε値、εの最高値の℃で示された温度、25℃に
おけるε値からの−55℃、−30℃、+10℃、+85℃
および+125℃におけるε値の%で示した偏差、
ならびに25℃1kHzにおける%で示した誘電損率
tanδの値を示す。 絶縁抵抗を25℃および125℃で測定した。この
測定において240Vの直流電圧を厚さ0.5mmの試料
に印加し、電流は電圧を印加して1分後に測定し
た。表中に示した抵抗率値が得られる。 多層コンデンサの製造に実際的に適用するのに
適していることが判明した若干の組成において寿
命試験を125℃および直流電圧の電界の強さ4V/
μm=2000V/0.5mmで実施した。試料を通つて流
れる時間依存の電流を測定しこれから抵抗率を計
算した。
The present invention replaces at least 50 mol% of the titanium in lead titanate with magnesium and tungsten,
The present invention relates to a dielectric material based on lead titanate in which a portion of the magnesium is further substituted with a transition metal, and to the production of said dielectric material. Dielectrics of the above type are important in the manufacture of capacitors, especially multilayer capacitors. Monolithic ceramic multilayer capacitors can have significantly large capacitances with small volumes and high reliability. The starting ceramic material is treated with a binder to create a thin foil. A metal paste is then applied onto such a ceramic foil to form an electrode, and the foil is subsequently stacked with alternating ceramic and metal layers. Since the series of dielectric and electrode layers created in this way is sintered as a single assembly, the electrode materials and sintering conditions must be selected so that the metal layers do not melt or oxidize. . It is known to produce multilayer capacitors in which ceramic materials are densely sintered in air at temperatures above 1300°C. At such sintering temperatures only noble metals with very high melting points, such as palladium or platinum, can be used as electrode metals. Precious metals are extremely expensive, some are not available in abundance, and they also have no relation in price to ceramic materials (as a result of the high degree of mechanization already achieved in multilayer capacitor production) The material costs for the electrodes are particularly important), making it possible to do without expensive palladium or platinum electrodes and to use silver electrodes in their place. Various attempts have been made to produce at significantly lower sintering temperatures. PbTiO 3 −Pe (Mg 1/2 W 1/2 )
A ceramic dielectric based on the O 3 system has been awarded a U.S. patent.
Known from specification No. 4063341, it is 950-1000℃
Can be sintered at a temperature of
It has a dielectric constant ε > 1000, which is a useful value. For the production of multilayer capacitors from the ceramic materials described in U.S. Pat. No. 4,063,341, silver should be used as the electrode metal. We have confirmed that this ceramic material cannot be used to produce multilayer capacitors with reproducible quality using silver electrodes. This is because the sintering temperature of the ceramic material is too close to the melting point of silver. However, based on its electrical properties, silver has excellent suitability as an electrode metal and should be supported if possible. The object of the present invention is to reduce the sintering temperature of ceramic materials of the above-mentioned type to well below the melting point of silver and to improve the electrical properties, in particular the dielectric constant ε and the dielectric loss factor tan δ, as well as the resistivity and life test. Subsequent changes thereto are intended to further improve known ceramic materials. This purpose is based on a stoichiometric basic compound with the following composition: Pb(Ti 1-xy Mg x W y )O 3 where 0.25≦x≦0.35 and 0.25≦y≦0.35, on a molar basis of additives. The combination of 5PbO + 1WO 3 is 0.001 to 0.006
This is achieved by adding As a result of the addition of the eutectic (5PbO+ 1WO3 ) with a melting point of 720[deg.]C, sintering temperatures in the range 830-1000[deg.]C, in particular 830-900[deg.]C, can be used and further improved dielectric properties can be achieved. The value of dielectric constant ε is approximately 1500 ~
5400, the value of dielectric loss factor tanδ at 1KHz is between about 1.6-3.1%, and the value of resistivity is 25℃
It is between about 2×10 11 and 1×10 13 Ωcm. In the present invention, the objective is to satisfy the following formula: Pb(Ti 1-xy Mg xz Me z W y ) O 3 +0.001~0.006 (5PbO+1WO 3 ) where 0.288≦x≦0.299 y=0.3 0.001≦z≦0.012 and Me are most advantageously achieved with a dielectric having a composition corresponding to a transition metal. When replacing 0.1-1.2 mol % of magnesium with at least one transition metal Me such as Cr, Mn, Fe or Co, significant improvements in resistivity values are obtained with the already obtained advantages of favorable dielectric properties and low sintering temperatures. It will be done. For example, ceramic materials based on the above composition are
It has a dielectric constant ε value ranging from 2300 to 6100, a dielectric loss factor tan δ value at 1 kHz ranging from 0.3 to 3.1%, and a resistivity value ranging from 8×10 10 to 2×10 13 Ωcm at 25°C. Sintering temperature is 830~1000℃, preferably 830~
It is in the range of 900℃. If the process is carried out in such a way that after mixing and grinding the compounds forming the stoichiometric basic compounds, the calcination step is carried out in the range 700-750 °C, and therefore at relatively low temperatures, the evaporation of PbO is This has the advantage of being avoided to a considerable extent. The advantages achieved by the present invention are primarily due to the optimum low sintering temperatures, such that good multilayer capacitors are reproducibly obtained, even when silver is used in pure form as the electrode metal, which is desirable due to its electrical properties. The point is that it is possible to produce ceramic dielectrics that reach the ceramic properties, electrical properties, and dielectric properties of ceramics. Another advantage of the dielectric according to the invention is that the dielectric constant ε exhibits a relatively small temperature dependence.
Deviation from ε value at ambient temperature is -55℃ to +
Although preferably less than ±15% over a temperature range of 125°C is appropriate for practical purposes,
Slightly larger deviations are also suitable for practical purposes. Further advantages of the dielectric of the invention are: By adding the (5PbO+1WO 3 )-mixture, the sintering temperature can be lowered by 100-150° C. compared to the prior art composition. This reduces lead evaporation and
It is also a decisive advantage in the production of ceramic capacitors, especially multilayer capacitors, since it allows the use of inexpensive silver electrodes with good reproducibility and efficiency, for example in multilayer capacitors. Transition metal ions such as Mn, Cr, Fe and/or
Alternatively, by incorporating Co, the low resistivity value increases especially at 125°C. Only as a result of this do these dielectrics reach insulation values high enough for the application. The incorporation of transition metal ions (in particular Mn and Cr) significantly improves the lifetime properties, so that this material can be used optimally as a dielectric for ceramic capacitors and in particular for multilayer capacitors.
As a result of incorporating Mn, the dielectric loss factor tan δ value can be significantly reduced below 1%. Next, the present invention will be explained in detail by way of examples with reference to the drawings. In the drawings: Figure 1 shows the shrinkage behavior for the dielectric of the invention. FIG. 2 is a graph showing the change in resistivity ρ as a function of time t after a life test of the dielectric, comparing the dielectric of US Pat. No. 4,063,341 with various dielectrics of the present invention. The numbers correspond to the compositions in the table. The shrinkage behavior at the sintering temperature was studied for all samples using a dilatometer furnace to better define the sintering properties. FIG. 1 shows the shrinkage behavior for a dielectric having the following composition: Pb(Ti 0.4 Mg 0.294 Mn 0.006 W 0.3 )O 3 +0.003(5PbO+1WO 3 ). At a constant heating rate, the dilatometer furnace used
Once the temperature reaches 1000℃, it is kept at this temperature for 200 minutes and cooled again at the same rate as the heating rate. Parallel to this temperature change T, the shrinkage Δl of various ceramic samples is measured as a function of time t. In Tables 1 to 8 below, the shrinkage onset temperature (T E ; T E =580°C for the sample according to Fig. 1) and the temperature at which longitudinal shrinkage reaches 5% (T 5 %; Fig. 1 T 5 % = 780℃)
shows. A shrinkage of 5% means that this final density is approximately halfway between the starting density of the untreated ceramic material and the theoretically possible density. The curve in Figure 1 shows that the sample is in a heating cycle.
Already high final density reached at 900℃, 1000℃
shows that no significant contraction occurs anymore in the isothermal phase at . A sintering temperature of 900° C. is therefore sufficient for the dielectric of the invention of the following composition: where 0.288×0.299 y=0.3 0.001z0.012 and Me=transition metal. In Tables 1 to 8 below, the sum of relative shrinkage values ΣS=Δa/a+Δb/b+Δl/l is further plotted in %. Note that a , b and l are the lengths of the ribs of the test sample. To further characterize the sample, the dielectric constant ε value at 25℃, the temperature in degrees Celsius of the highest value of ε, −55℃, −30℃, +10℃, +85℃ from the ε value at 25℃
and the deviation in % of the ε value at +125°C,
and dielectric loss factor in % at 25°C and 1kHz.
Indicates the value of tanδ. Insulation resistance was measured at 25°C and 125°C. In this measurement, a DC voltage of 240 V was applied to a sample with a thickness of 0.5 mm, and the current was measured 1 minute after the voltage was applied. The resistivity values shown in the table are obtained. Life tests were carried out on some compositions which were found to be suitable for practical application in the production of multilayer capacitors at 125°C and a field strength of 4V/dc voltage.
It was carried out at μm=2000V/0.5mm. The time-dependent current flowing through the sample was measured and the resistivity was calculated from this.

【表】【table】

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【表】 表1〜8の測定結果の説明 1(5PbO+1WO3)の添加による焼結温度の低
下。 表1の試料番号1は従来技術の誘電体であ
り、試料番号2〜27は参考例の誘電体である。
膨張計測定からT5%値860℃が見出されたが、
この組成物は2時間900℃で焼結した後もなお
開放気孔率を示しており、したがつてコンデン
サ用誘電体として不適当である。1000℃で焼結
後8.25g/cm3の密度が見出され、これに関し理
論密度8.73g/cm3の場合まだ5〜6%の気孔率
があることを意味している。コンデンサ誘電体
として十分な密度はこれで達せられるが誘電率
εに対する最適値は約8.25g/cm3の密度に対す
る値では達成できない;これらは8.4〜8.5g/
cm3(気孔率<3%)よりよい密度でのみ起る。
最適密度は1000℃より高い焼結温度でのみ到達
されるので、この組成は銀電極(融点960.5℃)
と共に焼焼結する誘電体として不適当である。 次の組成: Pb(Ti1-x-yMgxWy)O3 ここで0.25≦x≦0.35 0.25≦y≦0.35 の基礎的化合物の焼結温度は添加剤のモル基準
で0.001〜0.006の範囲で(5PbO+1WO3)を添
加することにより著しく低下させることができ
る。 表1から明らかなようにT5%値は番号1の
試料(従来技術の組成)の860℃から番号2〜
27の試料(参考例の係る組成)において765℃
まで低下させられる。番号1の試料は2時間で
900℃の焼結環境でまだ開放気孔率を示すのに
対し、参考例の係る組成を有する試料は800℃
でさえ密に焼結できる。(5PbO+1WO3)の添
加剤を増すにつれてε値は増加し0.002〜0.003
の添加でそれぞれ5400および5300の最高値に達
する。 2 遷移金属の混入による抵抗率、誘電損および
ε(T)特徴。 本発明に従う次の組成: Pb(Ti1-x-yMgx-zMezWy)O3 +0.003(5PbO+1WO3) ここで0.288x0.299 y=0.3 0.001z0.012 およびMe=遷移金属 の基礎的化合物に遷移金属(Cr、Mn、Feおよ
び/またはCo)混入の影響 表2: Mnの混入は良好な焼結特性に影響すること
なくセラミツク材料の誘電特性を本質的に改良
する。とくに125℃において抵抗率は表1の番
号1の試料(従来技術セラミツク材料)に対し
103倍に増加する。誘電損は1%より下に低下
しε(T)特徴もより平坦になる。 表3、4および5: 本発明に従う次の組成: Pb(Ti1-x-yMgx-zMezWy)O3 +0.003(5PbO+1WO3) ここで0.288x0.299 y=0.3 0.001z0.012 およびMe=遷移金属 の基礎的化合物にCr、Feおよび/又はCoを混
入することによつても表1の番号1の試料に関
して誘電特性の改良が起る。 誘電率ε値は6000に増加し(番号70の試料)、
抵抗率の値も3桁の大きさで改良される。 表6に0.3モル%のMnと0.3モル%のCrを組
合わせて混入した結果を示す。 表7: 一定の基礎的化合物Pb(Ti0.4Mg0.294Mn0.006
W0.3)O3に種々の量のPbO+WO3を添加した。
次の結論が表7の結果から引き出される: 添加は焼前すでにすなわち基礎的物質を秤量
した際直ちに行つてもよい(この目的のために
試料番号80および81の試料を番号33および34の
試料と比較して参照)。 PbOおよびWO3を共晶組成に相応する
(5PbO+1WO3)の形で添加することは厳密に
は必要でない。しかし、約1モル%のPbOの上
まわる用量(overdose)が必須である。 WO3のみを添加した試料(試料番号82参照)
は900℃の焼結温度で8.33g/cm3の密度しか示さ
ない。PbOの上まわる用量は非常に臨界的では
ない;しかし0.003(5PbO+1WO3)の添加が最
適として推奨される。 セラミツクコンデンサ用材料の重要な特性は
寿命試験における挙動である。これはコンデン
サに対してその電気的特性とくにその抵抗率値
は高温かつ高い直流電圧電界の強さ(4V/
μm)で1000時間負荷後も維持されるべきであ
るということを意味する(仕様X7Rに対して
125℃、仕様Z5Uに対して85℃)。 125℃における寿命試験の測定結果を第2図
に示す。従来技術の組成(表1試料番号1)は
1時間後にすでにかなりのより低い抵抗率を示
し10時間後に電気的破壊を示したのに対し少量
のMnまたはCrを添加した試料(試料番号28、
30)はとくに1014Ωcmを越えるまでやがて増加
する抵抗率を有する。高Mn含量を有する試料
(試料番号36、38)ならびにCo含量0.3モル%の
試料(試料番号58)は時間に無関係な抵抗率を
示す。 ペロブスキー石型(perowskite)基礎的化
合物の出発原料として非常に純粋な品質PbO、
MgO、WO3、TiO2、酢酸マンガン、シユウ酸
コバルト、シユウ酸鉄およびCr2O3が役立つ。
基礎的物質を表に示すモル量に応じて秤取し;
シユウ酸塩または酢酸塩の代りに原則としてか
焼温度で分解されうる炭酸塩または他の化合物
を使用してもよい。粉末にした基礎的物質を3
時間乾式摩砕し、次に700〜750℃の温度で15時
間予備焼結し次に再び1時間乾式摩砕する。約
6×6×18mmの寸法を有するプリズム状体を粉
末から形成する。プリズム状体を4バールの圧
力で均衡的に圧縮し、次いで表に示す温度で
O2雰囲気中2時間焼結した。焼結プリズム状
体の密度は蒸留水に沈めて測定する。 約5.5×5.5×0.5mmの寸法を有する長方形平板
をプリズム状体から形成し、その表面に、ラツ
プ仕上げ後蒸着金電極を設ける。 誘電率ε(T)および誘電損率tanδの値の測
定は、1kHzで−55〜+125℃の範囲の温度で1V
未満の測定電圧で行なう。昇温速度は10℃/分
であつた。 問題の組成物の焼結温度が低い結果として銀
電極を有する多層コンデンサの製造が可能であ
る。 次の組成: Pb(Ti0.4Mg0.294Mn0.006W0.3)O3 +0.003(5PbO+1WO3) のセラミツク材料を有する多層コンデンサの製
造の一例を次に述べる。0.003(5PbO+1WO3
の添加は基礎的化合物の材料のか焼後行う。 ペロブスキー石型基礎的化合物用出発原料と
して非常に純粋な品質のPbO、TiO2、MgO、
WO3および酢酸マンガンが役に立つ。これら
の粉末をそれらのモル組成に応じて秤取し、3
時間乾式摩砕し、次いで700℃で15時間か焼し
た。かくして得られた粉末に適当な結合剤例え
ばポリビニルアルコールを加えてかき混ぜ水中
懸濁液をつくる。このペーストから50μm厚さ
の箔を成形し、乾燥後これに銀ペーストをプリ
ントして電極層を形成する。サンドイツチ構造
の製造のためそのつど電極ペーストを付した四
つの箔と電極ペーストなしの一つの箔を積重ね
圧縮する。次に電極ペーストおよび未処理セラ
ミツク材料の結合剤を24時間以内に徐徐に400
℃に加熱することによつて空気中で焼いた、焼
結は空気中で850、900および930℃で2時間行
なつた。焼結後誘電体層の厚さはまだ30μmで
あつた。このようにして製造した多層コンデン
サの電気的特性を表8に示す。多層コンデンサ
で得られたこれらの値を平板(disc)コンデン
サで測定した値と比較すると良好な一致が見ら
れるので平板コンデンサで測定されたデータの
多く(表1〜7)は多層コンデンサ(表8)に
も移すことができる。
[Table] Explanation of measurement results in Tables 1 to 8 1 Decrease in sintering temperature due to addition of (5PbO+1WO 3 ). Sample number 1 in Table 1 is a conventional dielectric, and sample numbers 2 to 27 are reference example dielectrics.
A T 5 % value of 860°C was found from dilatometer measurements;
This composition still exhibits open porosity after sintering at 900° C. for 2 hours and is therefore unsuitable as a capacitor dielectric. A density of 8.25 g/cm 3 was found after sintering at 1000° C., which means that there is still a porosity of 5-6% for a theoretical density of 8.73 g/cm 3 . Sufficient density for a capacitor dielectric is achieved with this, but the optimum value for the dielectric constant ε cannot be achieved with a value for a density of about 8.25 g/ cm3 ; these are between 8.4 and 8.5 g/cm3.
This only occurs at densities better than cm 3 (porosity <3%).
Since the optimum density is only reached at sintering temperatures higher than 1000 °C, this composition is suitable for silver electrodes (melting point 960.5 °C).
It is unsuitable as a dielectric material to be sintered together. The following composition: Pb(Ti 1-xy Mg x W y ) O 3 where 0.25≦x≦0.35 0.25≦y≦0.35 The sintering temperature of the basic compound ranges from 0.001 to 0.006 on a molar basis of additives. It can be significantly reduced by adding (5PbO+1WO 3 ). As is clear from Table 1, the T 5 % value varies from 860°C for sample No. 1 (composition of the prior art) to No. 2 ~
765℃ for 27 samples (composition according to reference example)
be reduced to. sample number 1 in 2 hours
While it still shows open porosity in a sintering environment of 900°C, the sample with this composition in the reference example sintered at 800°C.
can be densely sintered. As the additive of (5PbO + 1WO 3 ) increases, the ε value increases from 0.002 to 0.003.
The highest values of 5400 and 5300 are reached with the addition of . 2. Resistivity, dielectric loss, and ε(T) characteristics due to the inclusion of transition metals. The following composition according to the invention: Pb(Ti 1-xy Mg xz Me z W y ) O 3 + 0.003 (5PbO + 1WO 3 ) where 0.288x0.299 y = 0.3 0.001z0.012 and Me = basic transition metal Table 2: Influence of the inclusion of transition metals (Cr, Mn, Fe and/or Co) in the compound: The inclusion of Mn substantially improves the dielectric properties of the ceramic material without affecting the good sintering properties. In particular, at 125°C, the resistivity of the sample No. 1 in Table 1 (prior art ceramic material) is
10 Increase by 3 times. The dielectric loss drops below 1% and the ε(T) feature also becomes flatter. Tables 3, 4 and 5: The following composition according to the invention: Pb(Ti 1-xy Mg xz Me z W y ) O 3 +0.003 (5PbO+1WO 3 ) where 0.288x0.299 y=0.3 0.001z0.012 and Incorporation of Cr, Fe and/or Co into the basic compound of Me=transition metal also causes an improvement in the dielectric properties with respect to the sample number 1 in Table 1. The dielectric constant ε value increases to 6000 (sample number 70),
The resistivity values are also improved by three orders of magnitude. Table 6 shows the results of mixing a combination of 0.3 mol% Mn and 0.3 mol% Cr. Table 7: Certain basic compounds Pb (Ti 0.4 Mg 0.294 Mn 0.006
W 0.3 ) Various amounts of PbO+WO 3 were added to O 3 .
The following conclusions can be drawn from the results in Table 7: The addition may be carried out already before firing, i.e. immediately when the basic substance is weighed (for this purpose, the samples with sample numbers 80 and 81 are replaced by the samples with numbers 33 and 34). ). It is not strictly necessary to add PbO and WO 3 in the form (5PbO+1WO 3 ) corresponding to the eutectic composition. However, an overdose of about 1 mol% PbO is essential. Sample with only WO 3 added (see sample number 82)
exhibits a density of only 8.33 g/cm 3 at a sintering temperature of 900°C. Higher doses of PbO are not very critical; however, an addition of 0.003 (5PbO+ 1WO3 ) is recommended as optimal. An important characteristic of ceramic capacitor materials is their behavior in life tests. This is because the electrical characteristics of a capacitor, especially its resistivity value, are affected by high temperature and high DC voltage electric field strength (4V/
μm) and should be maintained after 1000 hours of loading (for specification X7R).
125℃, 85℃ for specification Z5U). Figure 2 shows the measurement results of the life test at 125°C. The prior art composition (Table 1 sample no. 1) already had a significantly lower resistivity after 1 hour and showed electrical breakdown after 10 hours, whereas the samples with small amounts of Mn or Cr added (sample no. 28,
30) has a resistivity that increases over time, especially above 10 14 Ωcm. Samples with a high Mn content (sample no. 36, 38) as well as a sample with a Co content of 0.3 mol % (sample no. 58) show a time-independent resistivity. Very pure quality PbO, as starting material for perowskite basic compounds
MgO, WO3 , TiO2 , manganese acetate, cobalt oxalate, iron oxalate and Cr2O3 are useful.
Weigh out the basic substances according to the molar amounts shown in the table;
Instead of oxalates or acetates it is also possible in principle to use carbonates or other compounds which can be decomposed at the calcination temperature. 3 basic substances in powder form
Dry milled for an hour, then presintered at a temperature of 700-750°C for 15 hours, and then dry milled again for 1 hour. A prismatic body having dimensions of approximately 6 x 6 x 18 mm is formed from the powder. The prisms were compressed isostatically at a pressure of 4 bar and then at the temperature indicated in the table.
Sintered in O2 atmosphere for 2 hours. The density of the sintered prism-shaped body is measured by submerging it in distilled water. A rectangular flat plate having dimensions of approximately 5.5 x 5.5 x 0.5 mm is formed from a prismatic body, and a vapor-deposited gold electrode is provided on its surface after lapping. The values of dielectric constant ε (T) and dielectric loss factor tan δ are measured at 1 V at 1 kHz and at temperatures ranging from -55 to +125 °C.
Perform the measurement with a voltage of less than The temperature increase rate was 10°C/min. As a result of the low sintering temperature of the composition in question, it is possible to produce multilayer capacitors with silver electrodes. An example of the production of a multilayer capacitor having a ceramic material of the following composition: Pb(Ti 0.4 Mg 0.294 Mn 0.006 W 0.3 )O 3 +0.003(5PbO+1WO 3 ) will now be described. 0.003 (5PbO+ 1WO3 )
The addition of is carried out after calcination of the basic compound material. Very pure quality PbO, TiO 2 , MgO, as starting materials for perovskite basic compounds
WO 3 and manganese acetate are helpful. Weigh out these powders according to their molar composition and
Dry milled for 1 hour and then calcined at 700°C for 15 hours. A suitable binder such as polyvinyl alcohol is added to the powder thus obtained and stirred to form a suspension in water. A 50 μm thick foil is formed from this paste, and after drying, silver paste is printed on this to form an electrode layer. To produce the sandwich structure, four foils each with electrode paste and one foil without electrode paste are stacked and compressed. Then slowly add the electrode paste and the bonding agent of the untreated ceramic material to 400% within 24 hours.
Sintering was carried out in air at 850, 900 and 930°C for 2 hours. After sintering, the thickness of the dielectric layer was still 30 μm. Table 8 shows the electrical characteristics of the multilayer capacitor thus manufactured. Comparing these values obtained with multilayer capacitors with those measured with flat plate (disc) capacitors shows good agreement, so much of the data measured with flat plate capacitors (Tables 1-7) can be compared to multilayer capacitors (Table 8). ) can also be moved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の誘電体に対する収縮挙動を示
すグラフ、第2図は従来の誘導体と本発明の誘電
体の抵抗率の時間に対する変化を示すグラフであ
る。
FIG. 1 is a graph showing the shrinkage behavior of the dielectric of the present invention, and FIG. 2 is a graph showing the change in resistivity over time of the conventional dielectric and the dielectric of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 チタン酸鉛のチタンの少なくとも50モル%が
マグネシウムおよびタングステンによつて置換さ
れているチタン酸鉛に基づく誘電体において、該
誘電体がマグネシウムの一部が遷移金属によつて
置換され次式: Pb(Ti1-x-yMgx-zMezWy)O3 +0.001〜0.006(5PbO+1WO3) ここで0.288≦x≦0.299 y=0.3 0.001≦z≦0.012 およびMeは遷移金属 で表わされる組成を有することを特徴とするチタ
ン酸鉛に基づく誘電体。 2 上記誘電体が式: Pb(Ti0.4Mg0.294Me0.006W0.3)O3 +0.003(5PbO+1WO3) で表わされる組成を有することを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の誘電体。 3 上記遷移金属としてCr、Mn、FeまたはCo
をそれぞれ1またはそれより多い遷移金属として
用いたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の誘電体。 4 上記誘電体が式: Pb(Ti0.4Mg0.3-zMezW0.3)O3 +0.003(5PbO+1WO3) (式中のz=0.003〜0.009、MeはMn、Cr、Coお
よびFeより成る群から選ばれた1種または2種
以上の金属を示す)で表わされる組成を有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項または第3
項記載の誘電体。 5 上記誘電体が式: Pb(Ti0.4Mg0.294Me0.006W0.3)O3 +0.001〜0.006(5PbO+1WO3) ここでMe=Cr、Mn、Feおよび/またはCoで
表わされる組成を有することを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の誘電体。 6 チタン酸鉛のチタンの少なくとも50モル%が
マグネシウムおよびタングステンによつて置換さ
れているチタン酸鉛に基づく誘電体が、マグネシ
ウムの一部が遷移金属によつて置換され次式: Pb(Ti1-x-yMgx-zMezWy)O3 +0.001〜0.006(5PbO+1WO3) ここで0.288≦x≦0.299 y=0.3 0.001≦z≦0.012 およびMeは遷移金属 で表わされる組成を有する誘電体を製造するに当
り、化学量論の基礎的化合物を形成する化合物を
それぞれ混合し摩砕した後700〜750℃の範囲でか
焼工程を実施し、しかる後生成物を摩砕し成形し
次いで800〜1000℃の範囲の温度で緻密に焼結し、
添加剤を形成する化合物を基礎的化合物を形成す
る化合物にか焼前又はか焼後添加することを特徴
とする誘電体の製造方法。 7 上記誘電体が式: Pb(Ti0.4Mg0.294Me0.006W0.3)O3 +0.003(5PbO+1WO3) で表わされる組成を有することを特徴とする特許
請求の範囲第6項記載の誘電体の製造方法。 8 上記遷移金属としてCr、Mn、FeまたはCo
をそれぞれ1またはそれより多い遷移金属として
用いることを特徴とする特許請求の範囲第6項記
載の誘電体の製造方法。 9 上記誘電体が式: Pb(Ti0.4Mg0.3-zMezW0.3)O3 +0.003(5PbO+1WO3) (式中のz=0.003〜0.009、MeはMn、Cr、Coお
よびFeより成る群から選ばれた1種または2種
以上の金属を示す)で表わされる組成を有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第6項または第8
項記載の誘電体の製造方法。 10 上記誘電体が式: Pb(Ti0.4Mg0.294Me0.006W0.3)O3 +0.001〜0.006(5PbO+1WO3) ここでMe=Cr、Mn、Feおよび/またはCoで
表わされる組成を有することを特徴とする特許請
求の範囲第6項記載の誘電体の製造方法。
[Scope of Claims] 1. A dielectric based on lead titanate in which at least 50 mol % of the titanium in the lead titanate is replaced by magnesium and tungsten, wherein the dielectric has a portion of the magnesium replaced by a transition metal. Pb(Ti 1-xy Mg xz Me z W y ) O 3 +0.001~0.006 (5PbO+1WO 3 ) where 0.288≦x≦0.299 y=0.3 0.001≦z≦0.012 and Me is a transition metal A dielectric material based on lead titanate, characterized in that it has a composition represented by: 2. The dielectric material according to claim 1, wherein the dielectric material has a composition represented by the formula: Pb(Ti 0.4 Mg 0.294 Me 0.006 W 0.3 )O 3 +0.003(5PbO+1WO 3 ). 3 Cr, Mn, Fe or Co as the above transition metal
A dielectric material according to claim 1, characterized in that each of the following is used as one or more transition metals. 4 The above dielectric has the formula: Pb(Ti 0.4 Mg 0.3-z Me z W 0.3 ) O 3 + 0.003 (5PbO + 1WO 3 ) (z = 0.003 to 0.009 in the formula, Me consists of Mn, Cr, Co, and Fe. Claim 1 or 3, characterized in that it has a composition represented by (representing one or more metals selected from the group)
Dielectric material described in section. 5 The above dielectric has a composition represented by the formula: Pb( Ti0.4Mg0.294Me0.006W0.3 ) O3 + 0.001 ~ 0.006 (5PbO+ 1WO3 ) where Me=Cr, Mn, Fe and / or Co. A dielectric material according to claim 1, characterized in that: 6 A dielectric based on lead titanate in which at least 50 mol % of the titanium in the lead titanate has been replaced by magnesium and tungsten is provided with a dielectric material based on lead titanate in which part of the magnesium is replaced by a transition metal and has the following formula: Pb(Ti 1 -xy Mg xz Me z W y ) O 3 +0.001 to 0.006 (5PbO + 1WO 3 ) where 0.288≦x≦0.299 y=0.3 0.001≦z≦0.012 and Me produce a dielectric having a composition represented by a transition metal. In order to do this, the compounds forming the stoichiometric basic compounds are respectively mixed and milled, followed by a calcination step in the range of 700 to 750 °C, after which the product is milled and shaped and then heated to 800 to 750 °C. Densely sintered at temperatures in the range of 1000℃,
A method for producing a dielectric, characterized in that the compounds forming the additive are added to the compounds forming the basic compound before or after calcination. 7. The dielectric according to claim 6, wherein the dielectric has a composition represented by the formula: Pb(Ti 0.4 Mg 0.294 Me 0.006 W 0.3 )O 3 +0.003(5PbO+1WO 3 ). Production method. 8 Cr, Mn, Fe or Co as the above transition metal
7. A method for producing a dielectric material according to claim 6, characterized in that each of these transition metals is used as one or more transition metals. 9 The above dielectric has the formula: Pb(Ti 0.4 Mg 0.3-z Me z W 0.3 ) O 3 + 0.003 (5PbO + 1WO 3 ) (z = 0.003 to 0.009 in the formula, Me consists of Mn, Cr, Co, and Fe. Claim 6 or 8, characterized in that it has a composition represented by (representing one or more metals selected from the group)
Method for manufacturing the dielectric described in Section 1. 10 The above dielectric has a composition represented by the formula: Pb( Ti0.4Mg0.294Me0.006W0.3 ) O3 + 0.001 ~ 0.006 (5PbO+ 1WO3 ) where Me=Cr, Mn, Fe and / or Co. A method for manufacturing a dielectric according to claim 6.
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